發布時間：2021-07-28所屬分類：免費文獻瀏覽：1次
摘 要： 自動化與儀器儀表
《基于微信和單片機的垃圾分類回收系統》論文發表期刊：《自動化與儀器儀表》；發表周期：2021年03期
《基于微信和單片機的垃圾分類回收系統》論文作者信息：胡景勤( 1973－) ，女，陜西合陽人，講師，碩士，主要研究方向為自動化與電子信息應用技術。
摘 要: 為了解決垃圾分類回收問題，提出了基于微信和單片機的自動壓縮垃圾分類回收系統，其技術創新是充分發揮單片機、云服務器與手機微信平臺的交互性。掃描二維碼后，單片機控制傳感器，WiFi 模塊連通單片機與微信云服務器實時發送請求或傳輸數據。對系統測試分析，多路傳感器能引導用戶準確分類投放垃圾，微信小程序提供投放記錄、垃圾分類查詢、積分兌換等，增強垃圾分類投放意識，可推廣到公共和居民生活區域。
關鍵詞: 單片機; 微信平臺; 無線通信; 垃圾分類回收
Abstract : In order to solve the problem of garbage sorting and recycling, an automatic compression garbage sorting and recycling system based on wechat and single chip microcomputer is proposed. Its technical innovation is to give full play to the interaction of MCU, cloud server and mobile wechat platform. Scan two-dimensional code, single-chip microcomputer control sensor, WiFi module connect MCU and wechat cloud server, send request or transmit data in real time. For the system test and analysis , multi-channel sensors can guide users to accurately classify and put garbage; wechat small programs provide release records, garbage classification que-ry, points exchange, etc., to enhance the awareness of garbage classification and release, which can be extended to public and residential areas.
Key words : single chip microcomputer; wechat platform; wireless communication ; garbage sorting and recycling
0引言
隨著經濟迅猛發展，垃圾分類回收對生命健康、節約能源和生態環境等產生極大影響。但是，當前垃圾分類回收效率低下，主要原因是多采用垃圾分類投放與宣傳管理維護之間相分離回收系統，如傳統式、機械式、電控式、網宣式、管理式等系統。針對以上存在問題，利用微信平臺的廣泛性和便利性，提出一種基于微信和單片機的垃圾分類回收系統，技術特點是實現單片機、云服務器與微信小程序的有機協調統一，自動引導用戶執行準確垃圾分類投放任務，調動用戶垃圾分類投放主動性，解決垃圾分類回收問題。
1系統框架搭建
基于微信和單片機的自動壓縮垃圾分類回收系統，主要實現功能有：通過引導、提示和檢測，讓居民對生活垃圾分類投放：采用無線網絡通信技術，實時獲取生活區用戶垃圾投放數據：利用微信平臺處理數據，形成垃圾分類獎勵機制。如圖1所示系統主框架，由手機微信用戶端、智能垃圾分類設備、微信小程序服務平臺構成。
手機微信用戶端：生活區智能手機用戶，在Wechat微信小程序[前臺，搜索關鍵詞，或掃一掃二維碼，關注微信公眾號，添加微信小程序，可查詢、投放和了解垃圾分類信息等，微信小程序具有無需安裝、觸手可及、用完即走、無須卸載等特性。
智能垃圾分類設備：由系統掃描面板、單片機控制系統和四類分類垃圾箱組成，即藍色可回收垃圾箱、綠色廚余濕垃圾箱、灰色其它干垃圾箱和紅色有毒物質垃圾箱。單片機協同控制下，手機微信掃描投放登錄，串口無線網絡通信，多路傳感器引導居民，執行垃圾分類投放任務。微信小程序服務平臺：微信小程序是一種支持多平臺運行的連接用戶與后臺支持的服務方式，包含一個主體描述程序app和多個描述頁面pages，具有基于WXML+Wxss視圖層、JavaScript邏輯層和數據事件系統的數據層框架，提供可視化界面和后臺數據服務2。邏輯層處理事務邏輯，將數據處理后發送給視圖層，接受視圖層事件反饋，視圖層是以組件顯示數據，如導航、多媒體、個人中心、無縫切換頁面等組件，配有豐富的微信原生 API，如采集用戶數據、掃一掃、二維碼、查詢、支付、積分兌換等。
2 硬件系統開發
單片機控制系統協調運行，先檢測人體、掃描二維碼、播放提示語音、判斷是否有人投放垃圾、開啟和關閉垃圾箱門、執行分類投放垃圾; 再監測垃圾重量、垃圾箱是否充滿;串口無線通信模塊，將所采集垃圾數據，傳輸給微信服務器。如圖 2 所示硬件系統結構。
選用 STC89C51RC 單片機[3]，是由4K字節Flash 閃存，32 個可控制 I/O 端口，兩個定時器/計數器及時鐘震蕩電路組成，自帶一個高增益反向放大器，可在外部接合適元件制成振蕩器。在 XTAL1 和 XTAL2 端，加一個石英晶體振蕩器和 30 pF 微調電容，選 11. 059 2 MHz 晶振頻率有利于串口通信[4]。
2. 1 垃圾分類投放系統
要實時檢測微信用戶垃圾投放請求，單片機接收到投放信號，向傳感器模塊發送指令，執行垃圾分類投放程序。
人體感應模塊：利用紅外線的隱蔽性，光電傳感器檢測用戶是否投放垃圾，將判斷信息傳給單片機[。有人站在垃圾箱前方時，經人體產生反射信號，等待電容充電延時3秒，單片機輸出低電平，發出12 MHz脈沖信號，驅動步進電機轉動，開啟垃圾箱門;當垃圾箱前方無人時，不會產生發射信號，單片機輸出高電平，垃圾箱門不動作。采用E18-
D8ONK光電傳感器[，由紅外線發光二極管和光敏晶體管，通過障礙物反射實現光耦合，可探測距離2 cm-80cm，角跨度為110度，有延時功能避免干擾信號影響。
語音引導模塊：有人投放垃圾時，引腳電平發生變化，播放預設提示語音，讓用戶分類投放垃圾，連續播放三遍后停止播放語音[。語音引導級別優先于自動開關垃圾箱門，當紅外模塊檢測到垃圾箱充滿時，蜂鳴器發出短促報警聲，電磁閥常開觸點導通電路，使垃圾箱門無法打開，WiFi模塊發送報警信息，提醒工作人員，及時清運垃圾。采用QJ008M01語音芯片回，內置標準5V-82-1 W喇叭，支持多次擦除燒寫、多種UART控制播放、24位DAC輸出、最高范圍90dB等。
垃圾箱門動作模塊：采用驅動步進電機，開啟與關閉垃圾箱門。為了充分利用垃圾箱空間，在垃圾箱體上端安裝自動壓縮裝置，由一定強度壓縮板和伸縮彈簧連桿構成，彈簧連桿與垃圾箱門相連接。根據實際需求，選28BY48型四相八拍電機，電壓范圍DC5 v-12 V：采用ULN2003芯片驅動步進電機[9]，具有電流增益高、工作電壓高、溫度適宜范圍廣等特點。單片機不發送脈沖信號時，步進電機不工作：單片機發出脈沖信號，ULN2003放大，輸出高電平使繼電器吸合，步進電機正向轉動，開啟垃圾箱門并壓縮板降落：當投放垃圾結束，關閉垃圾箱門并壓縮垃圾，播放提示語音，提醒用戶查看投放記錄。
2.2 采集垃圾數據系統
要實時測量用戶投放垃圾重量和垃圾箱容量，單片機檢測到數據信息，經串口無線通信模塊，上傳數據到微信平臺服務器。
垃圾稱重模塊功能：當垃圾箱門閉合，垃圾投放結束，單片機啟動垃圾稱重程序。它置于垃圾箱底部，為電阻應變壓力傳感器[a，A/D轉換可輸出垃圾重量。選擇350 22個靈敏度的電阻應變片，在平行梁彈性元件表面對稱粘貼應變片，四組應變片連接成全橋等臂電路，能最大限度地減小非線性并提高靈敏度，還具有溫度補償效應。采用HX711A/D轉換器芯片[1，24位高精度、穩壓電源、信號放大、時鐘振蕩器和上電自動復位功能。經電阻應變感應和模數轉換，最大稱重量200 kg，誤差范圍控制在+2g內。
垃圾箱測滿模塊：由垃圾稱重與超聲波測距協同完成，檢測是否達到最大容量和最大承重量。超聲波測距離，采用t時間測距法，計算距離公式s=t/2，o為超聲波傳播速度，與環境溫度有關，關系式 =331.5+0.6077，T為實際介質攝氏溫度。超聲波測距傳感器，由壓電超聲波發射器和接收器組成，選頻率f=40 kHz超聲波，具有最大靈敏度、聲壓能級特性[2。單片機控制壓電換能器產生超聲波，驅動放大電路發射40kHz脈沖信號，計數器開始計數，檢測到反射回波信號，計數器停止計數，測量時間1=N/，N為接收到超聲波脈沖數，同時測出當前環境介質溫度，單片機計算傳播距離。與計算水平傳播距離相比，等于垃圾箱內徑表示垃圾箱未裝滿狀態，小于垃圾箱內徑表示垃圾箱充滿狀態。選HC-SR04超聲波傳感器[1，具有TTL輸出，探測距離2 cm-450cm，可達0.2cm高精度;選DS 18B20溫度傳感器，檢測溫度范圍-55 ℃-125 ℃，12位對應分辨率0.0625℃
無線通信模塊：單片機控制，由WiFi模塊和自帶串口通信，實現無線網絡交互傳輸數據，連通感知控制端和手機微信用戶端。掃描二維碼，發起請求信號到微信后臺服務器，無線通信模塊接收反饋信號，單片機解析并執行命令[1，以SON格式編輯處理，采用POST方法，打包發送數據，云端解包處理，發送到手機微信用戶端。由SDK開發ESP8266 WiFi模塊[13，以STA組網模式，AP連接入Inter-
net，微信后臺服務器上傳和下載數據，監控并發送控制指令或信息，保證無線傳輸速度與抗干擾能力。
3軟件系統開發
采取單片機與微信平臺相結合，即人體檢測控制或手機微信端掃描登錄，執行分類投放垃圾程序，傳輸和處理數據信息。
3.1微信平臺應用設計
采用wxml+wxss tjavascript php 技術[，在手機用戶、微信服務器和開發服務器間交互消息。在微信小程序界面，手機用戶可實現搜索查詢、投放記錄、積分兌換等。具體執行程序，見圖 3 所示手機微信控制流程。
3. 2 分類投放垃圾設計
在 STC89C51RC 單片機控制下[17]，系統初始化，驅動ESP8266 WiFi 模塊，接收用戶投放垃圾指令，依次執行人體檢測、語音引導、垃圾箱門動作、垃圾稱重、壓縮垃圾、垃圾測滿等程序，單片機與 WiFi 模塊串口通信，采集并處理數據，上傳到微信后臺服務器。其具體執行程序，見圖 4 所示單片機控制流程。
4系統測試效果
基于微信和單片機的垃圾分類回收系統創新功能實現了單片機控制端-微信云服務器-手機用戶微信終端的交互性，充分利用基于C語言的單片機控制傳感器執行，基于互聯網的云服務器和MINA框架的微信小程序。
4.1測試內容
對系統整體性能，主要從以下幾個方面測試：感知采集數據功能，主要是單片機控制、多路傳感器協調運行與WiFi網絡模塊串口通信等。
微信網絡互聯功能，主要是手機用戶微信掃描二維碼、無線通信模塊、微信云服務器之間相互發送請求和傳輸數據等。手機用戶微信小程序功能，主要是注冊登陸、垃圾分類查詢、垃圾投放積分規則等。
4. 2 測試結果分析
在系統測試時，對 5 個垃圾投放環節，分別多次重復試驗: 第一環節距離垃圾箱 80 cm 外，第二環節距離垃圾箱 80 cm 以內而在 3 s 內離開，第三環節廚余濕垃圾，第四環節其他干垃圾，第 5 環節可回收舊報紙。對垃圾分類微信小程序測試，制定了積分規則: 一次投放記錄，獲得 10 個積分點; 一次投放重量，只設定可回收垃圾能獲得積分，每 0. 1 kg 獲得 10 個積分點。
從以上表 1 系統性能測試數據結果分析，可判斷人體感應、語音引導、垃圾箱門動作等能良好運行; 手機用戶微信端，垃圾分類回收小程序，能實時接收和更新用戶垃圾投
放信息。
5 結束語
基于微信平臺的自動壓縮垃圾分類回收系統，有效融合了單片機控制和微信數據服務。利用語音引導、掃描二維碼、紅外探測技術，三方引導用戶分類投放垃圾，無線通信模塊優化了發送和接收數據功能。最大的特點是采用微信小程序，易開發、易宣傳、成本低，有龐大的手機微信用戶群體，有助于推廣垃圾分類回收系統，能適應多種區域環境，在公共區域零散分類回收垃圾，在居民生活區集中分類回收垃圾，提高了垃圾分類回收效率等。
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